Nuevas investigaciones en degradación de fibra

18 Oct 2023

Nuevas investigaciones en degradación de fibra

INTRODUCCIÓN

fibraLos NSP de cereales juegan un papel importante en la nutrición animal con implicaciones negativas y positivas. En consecuencia, la manipulación de la fibra para reducir los efectos negativos de las NSP en la digestión de nutrientes y aumentar sus efectos positivos en la fermentación es de particular interés para mejorar la salud y el rendimiento de los animales, al mismo tiempo que se minimizan los costos.

 

degradación fibraEl principal medio para lograrlo es la suplementación de las dietas con Enzimas Degradadoras de Fibra (EDF) que pueden despolimerizar los polisacáridos.

degradación fibraCon el creciente interés en la inclusión de subproductos agrícolas ricos en fibra en las dietas de los animales, el papel de los EDF será aún más importante en el futuro, lo que hace que la comprensión completa de su modo de acción y eficiencia sea muy relevante para maximizar el rendimiento y la rentabilidad de los animales.

La suplementación de dietas de animales monogástricos con este tipo de enzimas se ha convertido en una práctica común, pero los mecanismos subyacentes de la acción de la enzima aún no se han dilucidado por completo.

 

EFECTOS Y MECANISMOS DE ACCIÓN DE LAS EDF

El impacto beneficioso de las EDF en el rendimiento animal se compone de tres mecanismos principales distintos:

Reducción de la viscosidad

 

Liberación de oligosacáridos prebióticos

 

Desencapsulación de nutrientes atrapados en la matriz de la pared celular.

 

El mecanismo de reducción de la viscosidad está bien documentado y estudiado, pero los otros dos mecanismos, especialmente la liberación de compuestos prebióticos, no.

A pesar de varios estudios que apuntan a la liberación in vivo en el intestino delgado de oligosacáridos de arabinoxilano (AXOS), los compuestos prebióticos formados por el uso de EDF, y la detección de estos AXOS en la digestión animal se informó de manera deficiente y no hubo evidencia directa de su formación.

El artículo Impact Of Xylanase And Glucanase On Oligosaccharide Formation, Carbohydrate Fermentation Patterns, And Nutrient Utilization, desarrollado por Universidad de Wageningen y de Ghent, junto con Huvepharma, se centró en la degradación de NSP de cereales por EDF en pollos de engorde, analizando su impacto en la formación de oligosacáridos, los patrones de fermentación de carbohidratos y la utilización de nutrientes en el TGI.

También abarcó el impacto de dichas enzimas en la composición de la microbiota del ciego de los pollos de engorde. Esta investigación se centró en la liberación in vivo de AXOS, la fermentación de arabinoxilano y AXOS en ácidos grasos de cadena corta (SCFA), el comportamiento de tránsito y el perfil de degradación a lo largo del TGI de los componentes de la pared celular y las asociaciones entre la fermentación de AXOS y la proliferación de poblaciones beneficiosas de microflora intestinal conocidas por fermentar AXOS a ácidos grasos volátiles (AGV).

degradación fibra

 

La investigación de Huvepharma ha demostrado que las EDF, específicamente la endoxilanasa (de Huvepharma), liberan AXOS de diversas estructuras in vivo, lo que lleva a una pronunciada fermentabilidad de arabinoxilano y AXOS a AGV, a alteraciones en la ecología del ciego y, en última instancia, a una pronunciada digestión de nutrientes y crecimiento de los animales.

Figura 1. Espectros de masas MALDI-TOF de sobrenadantes de digesta ileal de pollos de engorde alimentados con tratamientos dietéticos de control de trigo (a), enzima de trigo (b), control de maíz (c) y enzima de maíz (d) (DT). El número de monómeros de hexosa (Hn) o pentosa (Pn) que constituyen cada oligómero se presenta en los espectros de masas

 

La degradación de NSP y el destino de los componentes de NSP in vivo no se han caracterizado hasta ahora debido a restricciones analíticas y limitaciones relacionadas con el método. La formación in vivo de AXOS por endoxilanasa altera la utilización de arabinoxilano en pollos de engorde y es necesario el uso de tecnología muy avanzada como métodos cromatográficos y de espectrometría de masas para representar la variabilidad estructural de AXOS y hacer su seguimiento hasta su utilización en el intestino posterior.

Mediante el empleo de esta nueva tecnología, hemos conseguido separar e identificar los AXOS producidos, mostrando por primera vez, la acción de la enzima en el tracto digestivo animal y que el arabinoxilano se degradaba en el TGI superior. También nos ha permitido medir y caracterizar los AXOS formados. Además, se investigó la biofuncionalidad de AXOS mediante el control cuantitativo del destino de AXOS en todo el TGI.

 

La combinación de estas nuevas tecnologías con experimentos in vitro adicionales con arabinoxilano de trigo para investigar más a fondo la magnitud de la liberación de AXOS por parte de la xilanasa de la dieta, usando las mismas enzimas que se usan in vivo.

Aquí, la endoxilanasa se añadió al material aislado de la pared celular y se solubilizaron (liberaron) arabinoxilano y AXOS en condiciones que imitaban la digestión en el TGI superior de las aves. Los AXOS liberados fueron identificados y cuantificados.

Los datos obtenidos se compararon con las observaciones realizadas in vivo en muestras de segmentos de molleja e íleon de pollos de engorde alimentados con dietas a base de trigo y, en general, este estudio in vitro confirmó la capacidad de la endoxilanasa utilizada para liberar AXOS en condiciones que simulaban el TGI superior.

Más importante aún, la misma endoxilanasa presentó un grado comparable de degradación de arabinoxilano in vivo e in vitro.

degradación fibra

 

Por último, las técnicas analíticas de alta gama, así como los procedimientos de aislamiento y digestión in vitro desarrollados actualmente, pueden contribuir en gran medida a futuras investigaciones sobre la utilización de fibra in vivo.

Para aprovechar al máximo la fibra, desde la perspectiva de la salud y la nutrición animal, debemos ser capaces de llevar la ciencia más reciente a la práctica. Saber qué ocurre con los productos de degradación de la fibra y cómo son utilizados por la microbiota intestinal del animal -y poder medirlo- significa que podemos controlarlo y optimizarlo.

Esta investigación demostró claramente la capacidad de nuestra endoxilanasa para formar AXOS de diversas estructuras en todo el tracto gastrointestinal superior de los pollos de engorde. Además, proporcionó evidencia sólida sobre el impacto beneficioso de la suplementación con enzimas para el crecimiento animal, la digestión de nutrientes y la fermentación del intestino posterior.

 

degradación fibra

En base a estos hallazgos, ahora podemos demostrar que la magnitud de la liberación de AXOS por parte de nuestra xilanasa durante la digestión del alimento es significativa y puede tener un impacto positivo en la salud y el crecimiento de los pollos de engorde.

También vale la pena mencionar que el análisis estructural de AXOS liberado demostrado por esta investigación mejora en gran medida nuestra comprensión de la capacidad de nuestra xilanasa para promover el crecimiento animal a través de un mecanismo prebiótico.

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Figura 2. Gráfico biplot del análisis de componentes principales (PCA) de los tratamientos dietéticos (DT) de control de trigo (azul), enzima de trigo (púrpura), control de maíz (rojo) y enzima de maíz (verde). Las puntuaciones se representaron gráficamente para PC1 y PC2. La cantidad de varianza explicada por cada PC se muestra entre paréntesis. Las variables utilizadas fueron: (i) parámetros relacionados con NSP; Recuperación ileal (Ril) y del tracto total (Rex) de Ara, Xyl y NSP no glucosil (NGP), y contenidos de Ara y Xyl (% p/p) en la molleja (Giz) y el ciego (Cec), (ii ) contenidos de acetato (Ace), butirato (But), propionato (Pro) y ácidos grasos totales de cadena corta (AGCC) en el ciego, (iii) parámetros de digestibilidad de los nutrientes: digestibilidad ileal aparente (AID) y digestibilidad total aparente del tracto (ATTD). ) de materia orgánica (MO), almidón (STA) y proteína cruda (PB), y (iv) parámetros de crecimiento animal: peso corporal (BW), índice de conversión alimenticia (FCR), ingesta diaria promedio de alimento (ADFI), y ganancia media diaria (GMD).

 

Además de esta investigación, se realizó un trabajo analítico complementario que reveló varios aspectos en los que nuestra xilanasa difiere de otras. Por ejemplo, cuando se compara con una xilanasa de referencia de la misma familia (GH11), nuestra xilanasa es capaz de degradar más arabinoxilano (bajo simulación in vitro del GIT, más del 50 % del arabinoxilano puro se degradó a AXOS prebiótico).

 

Esta diferencia de eficiencia es crucial cuando se piensa en el proceso digestivo animal, donde estamos muy limitados por el tiempo y las condiciones.

El beneficio esperado de la xilanasa requiere que la liberación de nutrientes y la formación de AXOS comiencen durante las primeras etapas de la digestión para garantizar que el animal pueda utilizar los nutrientes liberados adicionales y que los AXOS se formen para ser fermentados por la microflora, lo que resulta en mejoras en el rendimiento animal.

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CONCLUSIONES DE LA INVESTIGACIÓN

· Los productos de descomposición de la fibra (AXOS) mediante el uso de nuestra xilanasa fueron detectados, identificados y cuantificados durante el proceso de digestión del animal.

· Se han demostrado cambios en la microflora relacionados con la fermentación de AXOS in vivo mediante el uso de nuestra xilanasa.

· Las alteraciones por el uso de nuestra enzima en los AGV producidos se mostraron y midieron in vivo.

· La cantidad de arabinoxilano degradado por nuestra enzima se midió en condiciones in vitro que imitan el proceso de digestión in vivo y se comparó con una enzima de xilanasa de referencia, mostrando una mayor degradación de arabinoxilano a AXOS para nuestra xilanasa.

 

El conocimiento y la investigación sobre cómo mejorar la utilización de nutrientes y fibra en las dietas de los monogástricos es imprescindible, especialmente durante un período de aumento de los costos de la energía, altos precios de las materias primas, calidad variable de las materias primas y/o baja disponibilidad debido a factores geopolíticos.

 

El conocimiento y la investigación sobre cómo mejorar la utilización de nutrientes y fibra en las dietas de los monogástricos es imprescindible, especialmente durante un período de aumento de los costos de la energía, altos precios de las materias primas, calidad variable de las materias primas y/o baja disponibilidad debido a factores geopolíticos.

En general, el suministro limitado de cereales significa que la nutrición animal debe depender cada vez más de materias primas alternativas ricas en fibra. El uso de dichos subproductos tiene el potencial de reducir los costos de producción y contribuir a una ganadería más sostenible. Las herramientas nutricionales, como las enzimas, por lo tanto, son esenciales para compensar el impacto negativo potencial en la eficiencia de la producción animal.

El bajo aporte energético de las NSP, especialmente en aves, apunta a la necesidad de mejoras en la degradación de la fibra. En este contexto, se espera que la capacidad de los EDF específicos, que forman parte de la gama de productos de Huvepharma, para mejorar la fermentación de NSP y promover la salud intestinal a través de un mecanismo prebiótico al tiempo que mitiga los efectos antinutritivos de NSP, sea más importante.

Esta investigación subraya nuestras recomendaciones sobre el uso de nuestros productos a base de xilanasa y brinda información valiosa sobre el modo de acción de esta enzima y su eficiencia.

 

Tenemos una herramienta nutricional que puede ayudar a nuestros clientes a mejorar la productividad de sus operaciones tanto al optimizar el rendimiento animal como a través de la formulación de dietas más rentables.

 

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